长轴淬裂分析

长轴淬裂分析

一长约为3000mm的多台阶长轴，中间段外径最大，约为φ260mm。材质为65Mn，经锻造及粗加工后调质处理。在调质的淬火阶段，发生爆裂，裂成六段，均在无台阶的最粗段，其中也有沿中心纵向开裂的。图1为爆裂后一段的形貌。

几个横向断面基本相似，均为横向脆性正断。近外圆处较平整呈细瓷状，接着向内为典型的放射状花样，指向中心开裂源处。放射区域十分粗糙，但中心源区又较平整且呈结晶状，如图2所示。

在扩展区的金相试样上可看到较多分散性硫化物夹杂沿轴向分布；而在断口下方有曲折走向的硫化夹杂物，有的较细，有的已开裂，如图3所示。断口处基体组织为珠光体和少量细网分布的铁素体(试样经正常退火处理)，晶粒度约为7级，如图4所示。组织形态表明，淬火加热未有过热现象。

在中心源区，除与扩展区有相同的夹杂外，还发现源区下方有多处疏松空洞，空洞四周呈向内挤压状，并伴有夹杂，如图5所示。由其位置及形貌可推断为因锻造工艺控制不当而形成的残留中心疏松。

对于截面较大工件，在淬火冷却时，内部的应力分布为热应力型，即表层受压，心部受拉，心部的轴向拉应力最大。由于心部的疏松空洞及夹杂物偏聚，使其区域力学性能大为下降。当淬火拉应力叠加由残留气体产生的应力，超过其断裂强度时，即会产生垂直于拉应力的横向淬火裂纹，并迅速扩展至断裂。当夹杂物分布及疏松形态明显影响材料径向力学性能时，即可能产生纵向裂纹。

见图1～图5

图1      0.18×

说明：断裂长轴实物形貌。

图2        3×

明：长轴断口宏观形貌。中心部位有一小圆形平坦区，形似白点，放射状条纹由该处向四周发散，由此可判断该小圆形区为裂源。断口为脆性断口。外圆边缘断口较平坦，呈细瓷状。由这些特征可说明长轴属快速断裂，断裂时应力很高。

图3    OMI    100×

说明：断口上放射状区取样，抛光态下可观察到疏松和裂纹沿硫化物扩展的特征。

图右方为断口面。

图4     0MI      l00×

说明：断口放射状区附近取样，经4%硝酸酒精溶液浸蚀。显微组织为珠光体和微量细网状分布的铁素体，晶粒较细，属正常退火组织。由于直径大，故心部区域未能淬透。图中灰白条状为硫化夹杂物。

图5    0MI      l00×

说明：断口中心区即裂源部位取样，经4%硝酸酒精溶液浸蚀。显微组织为珠光体和微量铁素体，疏松较严重。图中心黑色不规则区域即为疏松孔洞。